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四步掌握CAN節點隔離設計

技術中心

Technology

四步掌握CAN節點隔離設計

分類:
電源技術
作者:
廣州市愛浦電子科技有限公司
來源:
原創
發布時間:
2020/01/02
瀏覽量
各位工程師在工業通訊現場最擔心遇到什么?通信干擾!CAN隔離模塊能夠有效解決CAN總線通信干擾問題,且較分立器件方案使用更簡便。本文為大家總結CAN隔離模塊在使用中需要注意的細節,幫助大家搭建更可靠的CAN總線網絡。
“隔離”是模塊為CAN節點設備提供可靠數據傳輸的首要保障,通常隔離模塊的“隔離”是指模塊上電后,能為節點提供信號隔離及電源隔離,隔離電壓等級以2500VDC、3500VDC為主。本文將從CAN隔離模塊的前級電源保護、后級接地、總線保護電路以及實際組網四個層面出發,全方面的介紹模塊的使用細節,幫助大家搭建穩定、可靠的CAN總線網絡。
一、前級電源保護
模塊的初級接口是面對控制信號部分,供電電源通常與CAN控制器或MCU保持一致,這種情況下電源端口建議增加10μF濾波電容。有些應用是模塊的電源和總線一起傳輸過來,比如20個節點中每個節點的電源和CAN信號線一起布線,節點共用一個電源,或模塊沒有單獨的穩壓供電電源,這種情況必須為模塊電源增加TVS保護及濾波電容,并且確保電源與信號共地。

二、后級接地
一般在短距離,干擾小的場合,可將CAN收發器的CANG懸空處理。但在實際現場應用中CAN總線組網絕大多數采用屏蔽雙絞線,此時需要對屏蔽層接地。若接地節點為金屬機殼,且該節點的初級系統已經接地,這種情況下CAN端口的屏蔽層應該通過一個1000pF電容接地,電容耐壓值大于模塊隔離耐壓。

三、總線保護電路
模塊CAN接口面對總線,需要更高的浪涌及靜電防護等級。CTM系列模塊CAN接口裸機可承受±4kV靜電及共模±2kV浪涌。若需要更高的等級可以增加浪涌防護電路。常用的有以下兩種保護電路,圖3、圖4中的TVS管等效結電容約為500~1000pF。

共模電感:對總線共模干擾大,設備EMI要求高的場合,尤其是汽車行業的應用總線采用51μH的共模電感可有效解決問題。加入共模電感帶來的問題便是引入諧振干擾。當收發器的總線信號上升下降時間較短時,共模電感與總線分布電容產生諧振,影響通訊,比如在CAN FD應用場合,這種諧振會影響總線的正常通訊。圖5為CTM5MFD模塊采用ID段1Mbps,數據段2Mbps速率通訊,加入保護電路的波形,其中綠色為加入共模電感的波形,粉紅色為無共模電感的波形。
除了總線分布參數帶來的影響外,模塊本身的CAN差分信號也會影響諧振電壓幅值。CAN收發器滿足以下兩個條件,可有助于降低諧振電壓幅值。
1. CANH、CANL信號要同步,且對稱性好;
2. CANH、CANL構成的差分電壓信號上升、下降斜率小。

四、實際組網
通用CAN隔離模塊多數有顯性超時保護,模塊的最低波特率被限制為40kbps,模塊組網時最大通信距離應為1公里。當總線通信最大波特率確定后,組網的總線長度及分支長度應不超過表1限制。
 
普通應用組網可參考CTM系列隔離收發器數據手冊中已經給出的推薦組網方式,即采用單層屏蔽雙絞線。下面給出采用雙層屏蔽雙絞線的參考組網方式。這種方式為三線傳輸方式,傳輸效果及抗干擾性最好。組網時雙絞線外屏蔽層單點接大地,內屏蔽層及雙絞線連接每個收發器的CANG 、CANH、CANL,每個CAN節點的CANG通過1000pF電容接設備機殼。

 

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